一、北极航线的短期气候污染物排放将加快北极变暖速度
尽管北极航运将大幅度减少二氧化碳等长期气候污染物的排放，但存在黑碳、臭氧等短期气候污染物增多的风险。一方面，当航运产生的黑碳位于最低大气层中会影响气溶胶—云相互作用，并受云和海冰反馈影响加快北极变暖。另一方面，当黑碳沉积后，将降低北极冰雪反照率，吸收光线，从而影响北极气候，加快北极海冰融化。受北极冰雪环境影响，北极船舶根据冰条件和破冰需求，发动机负荷将在25%～100%区间中频繁变化，而当船舶在低负荷运行可能会比他们在额定负荷时多排放50%的黑碳，在低负荷运行时黑碳排放因子将增加3～6倍。此外，航运排放的氮氧化物和挥发性有机溶剂也是生成臭氧的前体物，而臭氧的大幅度增加也将扰乱北极复杂的辐射强迫。
尽管已有研究表明，洗涤器技术、液化天然气和柴油颗粒过滤器以及低硫燃料的使用，可以将黑碳和其他污染物的排放减少40%～90%，但这些技术目前尚未在北极水域船舶得到广泛应用。同时，尽管国际海事组织一直在推行《极地规则》，但尚未将北极地区使用清洁燃料的强制性决议纳入其中，而仅仅作为一项自愿行动。目前，北极航运已经影响包括挪威沿海地区、巴伦支海地区等多地区的黑碳和臭氧浓度。如果北极航运持续性增加，这将进一步加剧北极变暖速度，并有悖于全球碳中和目标的初衷。
二、北极地区对建筑物及其保温技术的要求更高
一方面，永久冻土的消融将影响建筑物安全。永久冻土覆盖了地球近1/4的陆地面积，在北极地区的经济和人类生活中发挥着重要作用，支撑着北极地区的各项建设。近几十年来，永久冻土的融化和消失速度加快，以及对房屋结构的破坏，引起了公众的关注。到21世纪中叶，人为气候变化可能导致冻土升温2～3°C，近地表多年冻土区面积减少12%～16%，季节性融化渗透深度增加15%～30%。北欧国家和俄罗斯有大量的工业和住宅建筑建立在永久冻土层上。冻土的力学性能随着温度的升高而降低，可能导致建筑物、管道打桩和路基的破坏。在不连续多年冻土区，气温每升高2.0°C，建筑物下冻土的承载能力就会下降一半以上。在冻土富含冰的地方，融化可能会导致不均匀的地面沉降，最终可能导致建筑严重变形，建筑物倒塌，以及人的生命和财产损失。这个问题在俄罗斯尤显突出，1950—1990年间建造在永久冻土区的大量住宅建筑已经出现功能受损。
另一方面，由于北极地区较为寒冷的气候，建筑物结构表面的耐热性相对较低，管道保温质量不佳导致热载体运输过程中的热量损失。建筑采暖系统的采暖能耗过剩15%～20%。对住宅建筑隔热性能和能耗的研究表明，通过建筑围护结构产生的热量损失中，未经过冬季处理的门窗所占比例最高（40%）。透过窗玻璃造成的损失占15%，透过地板和天花板造成的损失占7%，透过墙壁造成的损失占38%。热量的大量损失意味着需要耗费更多的能源供暖，也意味着更多的碳排放。事实上，北极地区获得绿色认证的建筑数量很少。北极地区的认证建筑占总体绿色建筑的比例不高，挪威为1.59%，芬兰为0.24%，加拿大为0.085%，瑞典为0.066%，俄罗斯为0，这些数据说明北极地区建筑物在节能方面的作用仍有待提高。
三、北极能源信息互联网络建设面临政治、成本、技术问题
北极地区的能源和信息互联网络建设面临的首要问题是复杂的地缘政治挑战。长期以来，北极海底光缆的进展甚微。俄罗斯的ROTACS项目因2014年其吞并克里米亚而遭受高科技出口制裁而终止。这个项目预计将使日本和英国之间的传输延迟减少60ms。芬兰与俄罗斯合作连接欧亚的“北极连接”项目也因目前俄罗斯在经济上与西方日益隔绝而被迫停止，且不太可能恢复。北极能源互联网络构建同样面临挑战，由中国组织推动，俄、日、韩参与的东北亚电力联网项目已完成预可研报告，但离建设北极能源互联通道这一骨干网络的目标仍有很长的距离。
北极地区的能源和信息互联网络建设还面临成本、技术问题。长期以来，北极地区互联互通基础设施的发展受到地形、气候、距离和服务于人烟稀少地区等因素的制约。低温、冰雪会影响通信设备的可靠性，需要采取特殊措施来降低风险。由于风险因素多，建造成本升高导致企业不愿在北极地区进行能源或信息网络投资，而是依赖通过国家项目的公共投资。同时，这些风险因素也导致数据中心的前期建设成本过高，难以吸引投资，影响数据中心在北极地区布局。除此之外，数据中心一旦投入运营，只需要雇佣极少员工便能完成日常操作。谷歌的哈米纳数据中心员工数量仅为90人，当地的互联网服务所提供的就业机会难以替代传统高碳排放的钢铁工业。最后，尖端制冷技术在数据中心的应用使得其对自然冷源冷却的需求变小。2018年以后，服务器正在从较小的传统数据中心转向更大、更节能的云数据中心，使得数据中心基础设施系统（即冷却和电力供应）的能源使用大幅下降，足以抵消总体电子设备能源使用的增长。尖端制冷技术成为自然冷源冷却技术的有力竞争者。
文章来源：节选自《碳中和背景下北极低温经济发展的潜力和挑战》，原刊于《中国软科学》2024年第2期，转载请注明原出处、作者信息及由中国海洋发展研究中心编排
作者：李振福，大连海事大学交通运输工程学院教授；李杭蔚，大连海事大学交通运输工程学院研究人员；齐芯莉，大连海事大学交通运输工程学院博士
